色谱仪(Chromatograph)是根据试样中各组分在气固或气液两相间的吸附或分配系数的不同随载气移动而进行分离的仪器。分离后的组分按保留时间的先后顺序进入检测器,并自动记录检测信号,依据组分的保留时间和响应值进行定性、定量分析。气相色谱仪由气源、气路控制系统、进样系统、色谱柱、检测器、电气系统、记录及处理系统组成。

 

色谱法也叫层析法,它是一种高效能的物理分离技术,将它用于分析化学并配合适当的检测手段,就成为色谱分析法。

气相色谱(Gas Chromatograph)是对气体物质或可以在一定温度下转化为气体的物质进行检测分析。由于物质的物性不同,其试样中各组份在气相和固定液液相间的分配系数不同,当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时,组份就在其中的两相间进行反复多次分配,由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同, 虽然载气流速相同,各组份在色谱柱中的运行速度就不同,经过一定时间的流动后,便彼此分离,按顺序离开色谱柱进入检测器,产生的讯号经放大后,在记录器上描绘出各组份的色谱峰。 根据出峰位置,确定组分的名称,根据峰面积确定浓度大小。

气相色谱仪具有如下一些特点: 

高灵敏度:可检出10毫克的物质,可作超纯气体、高分子单体的痕迹量杂质分析和空气中微量毒物的分析。

高选择性:可有效地分离性质极为相近的各种同分异构体和各种同位素。

高效能:可把组分复杂的样品分离成单组分。 

速度快:一般分析、只需几分钟即可完成,有利于指导和控制生产。 

应用范围广:即可分析低含量的气、液体,亦可分析高含量的气、液体,可不受组分含量的限制。

所需试样量少:一般气体样用几毫升,液体样用几微升或几十微升。

色谱仪的工作原理

 

色谱仪的工作原理

色谱仪的工作原理

气相色谱是一种物理的分离方法。利用被测物质各组分在不同两相间分配系数(溶解度)的微小差异,当两相作相对运动时,这些物质在两相间进行反复多次的分配,使原来只有微小的性质差异产生很大的效果,而使不同组分得到分离。 

    

色谱法的最早应用是用于分离植物色素,其方法是这样的:在一玻璃管中放入碳酸钙,将含有植物色素(植物叶的提取液)的石油醚倒入管中。此时,玻璃管的上端立即出现几种颜色的混合谱带。然后用纯石油醚冲洗,随着石油醚的加入,谱带不断地向下移动,并逐渐分开成几个不同颜色的谱带,继续冲洗就可分别接得各种颜色的色素,并可分别进行鉴定。色谱法也由此而得名。

 

由以上方法可知,在色谱法中存在两相,一相是固定不动的,我们把它叫做固定相;另一相则不断流过固定相,我们把它叫做流动相。 

色谱法的分离原理就是利用待分离的各种物质在两相中的分配系数、吸附能力等亲和能力的不同来进行分离的。 


使用外力使含有样品的流动相(气体、液体)通过一固定于柱中或平板上、与流动相互不相溶的固定相表面。当流动相中携带的混合物流经固定相时,混合物中的各组分与固定相发生相互作用。

由于混合物中各组分在性质和结构上的差异,与固定相之间产生的作用力的大小、强弱不同,随着流动相的移动,混合物在两相间经过反复多次的分配平衡,使得各组分被固定相保留的时间不同,从而按一定次序由固定相中先后流出。与适当的柱后检测方法结合,实现混合物中各组分的分离与检测。

气相色谱仪利用试样中各组份在气相和固定液液相间的分配系数不同,当汽化后的试样被载气带入色谱柱中运行时,组份就在其中的两相间进行反复多次分配,由于固定相对各组份的吸附或溶解能力不同, 因此各组份在色谱柱中的运行速度就不同,经过一定的柱长后,便彼此分离,按顺序离开色谱柱进入检测器,产生的离子流讯号经放大后,在记录器上描绘出各组份的色谱峰。

气相色谱仪的组成部分

气相色谱仪的系统构成

气相色谱仪的系统构成

载气系统:包括气源、气体净化、气体流速控制和测量

进样系统:包括进样器、汽化室(将液体样品瞬间汽化为蒸气)

色谱柱和柱温:包括恒温控制装置(将多组分样品分离为单个)

色谱法中一个首要问题是设法将混合物中的不同组分加以分离,然后通过检测器对已分离的各组分进行鉴定或测定。完成分离过程所需要的色谱柱便是色谱仪的关键部件之一。在色谱柱内不移动、起分离作用的物质称为固定相。气固色谱的固定相是具有活性的多孔性固体物质(吸附剂)、高分子多孔聚合物等固体固定相。气-液色谱的固定相有时仅指起分离作用的液态物质(固定液),但一般是指承载有固定液的惰性固体,即液态固相。

检测系统:包括检测器,控温装置

记录系统:包括放大器、记录仪、或数据处理装置、工作站

气相色谱的分类


色谱分析法有很多种类,从不同的角度出发可以有不同的分类方法。 色谱法中,流动相可以是气体,也可以是液体,由此可分为气相色谱法(GC)和液相色谱法(LC)。固定相既可以是固体,也可以是涂在固体上的液体,由此又可将气相色谱法和液相色谱法分为气-液色谱、气-固色谱、液-固色谱、液-液色谱。

1、按固定相聚集态分类: 

气固色谱:固定相是固体吸附剂,

气液色谱:固定相是涂在担体表面的液体。

2、按过程物理化学原理分类: 

吸附色谱:利用固体吸附表面对不同组分物理吸附性能的差异达到分离的色谱。

分配色谱:利用不同的组分在两相中有不同的分配系数以达到分离的色谱。

其它:利用离子交换原理的离子交换色谱:利用胶体的电动效应建立的电色谱;利用温度变化发展而来的热色谱等等。

3、按固定相类型分类: 

柱色谱:固定相装于色谱柱内,填充柱、空心柱、毛细管柱均属此类。

纸色谱:以滤纸为载体。

薄膜色谱:固定相为粉末压成的薄漠。 

4、按动力学过程原理分类:可分为冲洗法,取代法及迎头法三种。 

 

色谱仪的定量方法

 

面积内标法:取标准被测成分,按依次增加或减少的已知阶段量,各自分别加入各单体所规定的定量内标准物质中,调制标准溶液。分别取此标准液的一定量注入色谱柱,根据色谱图取标准被测成分的峰面积和峰高和内标物质的峰面积和峰高的比例为纵座标,取标准被测成分量和内标物质量之比,或标准被测成分量为横坐标,制成标准曲线。然后按单体中所规定的方法调制试样液。在调制试样液时,预先加入与调制标准液时等量的内标物质。然后按制作标准曲线时的同样条件下得出的色谱,求出被测成分的峰面积或峰高和内标物质的峰积或峰高之比,再按标准曲线求出被测成分的含量。

面积外标法:取标准样品成分,在测标准样品之前就算出所取标准样品中含有成分的量,再用气相色谱法测得标准样品的峰面积,然后去标准被测物质,气相色谱法测该物质的峰面积,两者峰面积相比较,最后得出含量值。所用的外标物质,应采用其峰面积的位置与被测成分的峰的位置尽可能接近并与被测成分以外的峰位置完全分离的稳定的物质即标样,一般使用>99.5%纯度的色谱专用化学试剂样品。这也是目前大多数气相色谱仪建议采用的检测方法。

绝对标准曲线法:取标准被测成分 按依次增加或减少阶段法,各自调制成标准液,注入一定量后,按色谱图取标准被测成分的峰面积或峰高为纵座标,而以标准被测成分的含量为横坐标,制成标准曲线。然后按单体中所规定的方法制备试样液。取试样液按制标准曲线时相同的条件作出色谱,求出被测成分的峰面积和峰高,再按标准曲线求出被测成分的含量。

峰面积百分率法:以色谱中所得各种成分的峰面积的总和为100,按各成分的峰面积总和之比,求出各成分的组成比率。根据色谱上出现的物质成分的峰面积或峰高进行定量。峰面积可用面积测定仪测定,按半宽度法求得(即以峰1/2处的峰宽×峰高求得)。峰高的测定方法是从峰高的顶点向记录纸横座标准垂线,找出此垂线与峰的两下端联结线的交点,即以此交点至峰顶点的距离长度为峰高。 

 

色谱仪的应用


气相色谱仪在各种广泛的领域都有应用,如不同细菌的产酸成份的分析、药品中的残留溶剂、牙膏中的香料分析等,也可应用于电子、化工、食品、饮料、医药、农药等行业。其分析结果较客观、统计学精度高,已成为医学卫生学、医学检验、微生物学等领域应用的研究手段。  

 

色谱仪的主要应用领域如下:

1、石油和石油化工分析: 

油气田勘探中的化学分析、原油分析、炼厂气分析、模拟蒸馏、油料分析、单质烃分析、含硫/含氮/含氧化合物分析、汽油添加剂分析、脂肪烃分析、芳烃分析。

2、环境分析: 

大气污染物分析、水分析、土壤分析、固体废弃物分析。

3、食品分析: 

农药残留分析、香精香料分析、添加剂分析、脂肪酸甲酯分析、食品包装材料分析。

4、药物和临床分析: 

雌三醇分析、儿茶酚胺代谢产物分析、尿中孕二醇和孕三醇分析、血浆中睾丸激素分析、血液中乙醇/麻醉剂及氨基酸衍生物分析。

 

5、农药残留物分析: 

有机氯农药残留分析、有机磷农药残留分析、杀虫剂残留分析、除草剂残留分析等。

6、精细化工分析: 

添加剂分析、催化剂分析、原材料分析、产品质量控制。

7、聚合物分析: 

单体分析、添加剂分析、共聚物组成分析、聚合物结构表征/聚合物中的杂质分析、热稳定性研究。


2017年03月17日

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